ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف ﺣـدود اﻻﺣﺗﻣﺎل Bounds On Probability ﻣن اﻟﻣﻣﻛن ،ﻓﻲ ﺑﻌض اﻟﺣﺎﻻت ،إﯾﺟﺎد ﺣدود ﻟﻼﺣﺗﻣﺎﻻت ﺗﻌﺗﻣد ﻋﻠﻰ اﻟﻌزوم . ﻧظرﯾﺔ :إذا ﻛﺎن Xﻣﺗﻐﯾراً ﻋﺷواﺋﯾﺎً وﻛﺎﻧت ) u(Xﻗﯾﻣـﺔ ﺣﻘﯾﻘﯾـﺔ ﻣوﺟﺑـﺔ ﻟداﻟـﺔ ،ﻓﺈﻧـﻪ ﻷي ﻋـدد aﺛﺎﺑت وﻣوﺟب ، a > 0 ،ﻓﺈن : ])E[u(X P[u(X) a] . a اﻟﻧظرﯾﺔ اﻟﺳﺎﺑﻘﺔ ﺗﺗﺣﻘق ﻟﻣﺗﻐﯾر ﻋﺷواﺋﻲ ﻣﺗﻘطﻊ وذﻟك ﺑﺎﺳﺗﺑدال اﻟﺗﻛﺎﻣل ﺑﺎﻟﻣﺟﻣوع . ﺣﺎﻟــﺔ ﺧﺎﺻــﺔ ﻣــن ﻫ ــذﻩ اﻟﻧظرﯾــﺔ ﺗﺳــﻣﻲ ﻣﺗﺑﺎﯾﻧــﺔ ﻣ ــﺎرﻛوف
Markov inequalityوﯾﻣﻛ ــن
اﻟﺣﺻول ﻋﻠﯾﻬﺎ ﺑوﺿﻊ ، a > 0 ، u(X) Xﺣﯾث أن : r
r
) E( X
.
ar
P[| X | a]
ﻧظرﯾـﺔ :ﻣﺗﺑﺎﯾﻧـﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷـف . Chebychev inequalityإذا ﻛـﺎن Xﻣﺗﻐﯾـراً ﻋﺷـواﺋﯾﺎً ﺑﻣﺗوﺳـط وﺗﺑﺎﯾن 2ﻓﺈﻧﻪ ﻷي : k > 0 .
1 k2
P[ X k]
ﻣﺛﺎل ) ( ١ إذا ﻛﺎن Xﻣﺗﻐﯾراً ﻋﺷواﺋﯾﺎً ﻟﻪ داﻟﺔ ﻛﺛﺎﻓﺔ اﻻﺣﺗﻣﺎل :
3x 3
3 أﺣﺳب )أ( ] P[ X 2 وﻗﺎرﻧﻬم ﻣﻊ اﻟﺣد اﻷﻋﻠﻰ ﻟﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف . )ب(
1
f (x)
2 3 0 , e.w.
]P[ X 2
اﻟﺣــل: )أ( ﺗﻧص ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف ﻋﻠﻰ أﻧﻪ إذا ﻛﺎن Xﻣﺗﻐﯾراً ﻋﺷواﺋﯾﺎً ﻟﻪ ﺗﺑﺎﯾن 2ﻣﺣدود ﻓﺈن : 1
1
P[ X k]
. k2 . 2 , وﻟﻛﻲ ﺗﺳﺗﺧدم ﻫذﻩ اﻟﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﻻ ﺑد ﻣن ﺣﺳﺎب
x2 E(X) x. dx 2 3 2 3 2 3 1 3 3 0 , 2 3 2 2 3
1
3
2 E(X 2 ) 0 E(X 2 )
x 2.
3
3
1
3
1 2 3
dx
1 3 3 3 ( 3) 3 2 3 3
2 3 1 2. 2 3 2 3 1 : ﻓﺈن1 ﺗﺳﺎوي3 إﻟﻲ 3 ﻣنf ( x ) وﻻن اﻟﻣﺳﺎﺣﺔ اﻟﻛﻠﯾﺔ ﺗﺣت اﻟﻣﻧﺣﻧﻰ 2 3 3 3 P( X ) 1 P( X ) 2 2 3 3 1 P( X ) 2 2
1
( 3 3)
3 2
1
1
3 2 3
dx 1
1 2 3
x
2
3 2
3 2
3 2( ) 1 3 3 1 1 2 2 3 2 2 2 3 1
3 2 3
1
3 . 2
: ﻓﺈن 2 1 وﺗﺑﺎﯾن = 0 ﺑﺎﺳﺗﺧدام ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف ﺑﻣﺗوﺳط 3 1 1 4 P X 0 .1 2 ( 3 )2 ( 9 ) 9 2 4 : وﻋﻠﻰ ذﻟك 2
3 4 P( X ) . 2 9 3 اﻻﺣﺗﻣﺎل اﻟﻣﺿﺑوط ~.134 2 P X 2 1 P( X 2), )ب( 1 P(2 X 2). 1 f ( x ) ﻣن x 3إﻟﻲ x 3وﻷن : ﺳوف ﻧﻛﺎﻣل 2 3 f ( x ) 0 ,ﻋﻧــد x 3أو x 3وﺣﯾــث 32 , 2 3
1 أﻗل ﺑﻛﺛﯾر ﻣن اﻟﺣد اﻷﻋﻠﻰ اﻟﻣﻌطﻲ ﻣن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف.
أن ﻣﺟﺎل اﻟداﻟﺔ ) f (xﻫو 3 X 3ﻓﺈن P(2 X 2) 1وﻋﻠﻰ ذﻟك : P( X 2) 1 P(2 X 2) 1 1 0 . وﺑﺎﺳﺗﺧدام ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف ﻹﯾﺟﺎد اﻟﺣد اﻷﻋﻠﻰ ﻟﻼﺣﺗﻣﺎل ) P ( X 2ﺣﯾث : 0
2 1
,
,
k2
ﻓـﺈن :
1
1 . 22 4
P( X 0 2.(1) P( X 2)
1 ﻣرة أﺧرى اﻻﺣﺗﻣـﺎل اﻟﻣﺿـﺑوط أﻗـل ﺑﻛﺛﯾـر ﻣـن اﻟﺣـد اﻷﻋﻠـﻰ 4 اﻟﻘﯾﻣﺔ اﻟﺗﻘرﯾﺑﯾﺔ واﻟﻘﯾﻣﺔ اﻟﻣﺿـﺑوطﺔ .وﻟﻛـن ﻓـﻲ ﻛﺛﯾـر ﻣـن اﻟظـروف اﻟﻣﻌﻣﻠﯾـﺔ ﻋﻧـدﻣﺎ ﯾﻛـون اﻻﺣﺗﻣـﺎل
.واﺿـﺢ أن ﻫﻧـﺎك ﻓرﻗـﺎً ﻛﺑﯾـراً ﺑـﯾن
ﻣﺟﻬوﻻً ﯾﻛـون اﻟﺣـد اﻷﻋﻠـﻰ اﻟﻣﺣﺳـوب ﻣـن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧـﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷـف ) ورﺑﻣـﺎ ﻻ ﯾﻛـون ﻏﯾـر دﻗﯾـق ( ﻣﻔﯾـداً ﺟداً .
ﻣﺛﺎل ) (٢ اﺳﺗﺧدم ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷف ﻹﯾﺟﺎد ﺣد أدﻧـﻲ ﻟﻼﺣﺗﻣـﺎل ) P(4 X 20ﺣﯾـث Xﻣﺗﻐﯾـر ﻋﺷواﺋﻲ ﻟﻪ ﻣﺗوﺳط 8وﺗﺑﺎﯾن . 2 9 اﻟﺣــل: ﺗﻌط ــﻲ ﻣﺗﺑﺎﯾﻧ ــﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷ ــف اﻟﺻـ ـﯾﻐﺔ
1 2
k
. P ( k X k) 1 ﺑﻔ ــرض أن
k 20, k 4و . 2 9 3 , 2 9 , 8وﻋﻠ ـ ـ ـ ـ ــﻰ ذﻟك kﻻ ﺑد أن ﺗﺣﻘق اﻟﺷرط أن
8 – 3k = -4أو 8 + 3k = 20وﻋﻠﻰ ذﻟك k = 4وﻣﻧﻬﺎ : 3
1 1 15 1 . 16 16 (4) 2
P(4 X 20) 1
15 وﻋﻠﻰ ذﻟك ﻓﺈن اﻟﺣد اﻷدﻧﻰ ﻟﻼﺣﺗﻣﺎل ) P( -4 < X < 20ﻫو 16
.
ﻣﺛﺎل ) ( ٣ أوﺟد اﻟﺣد اﻷدﻧﻰ ﻟﻼﺣﺗﻣﺎل ) P( -3 < X < 3إذا ﻛﺎن . 2 1 , 0 اﻟﺣــل:
1
. P( k X k) 1 ﺑﻣـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــﺎ أن
ﻣـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــﺔ ﺗﺷﯾﺑﯾﺷ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــف k2 1 , 0ﻓـﺈن k 3وﻣﻧﻬـﺎ 0 – k (1) = -3أو –k = -3 , k = 3وﻋﻠـﻰ ذﻟك :
1
P (0 3 X 0 3) 1
32 1 8 P( 3 X 3) 1 , 9 9 8 وﻋﻠﻰ ذﻟك اﻟﺣد اﻷدﻧﻰ ﻫو 9
.
ﻣﺛﺎل )( ٤ إذا ﻛ ــﺎن Xﻣﺗﻐﯾـ ـ ار ﻋﺷـ ـواﺋﯾﺎ ﯾﻣﺛ ــل ﻋ ــدد اﻟﻘ ــﺎدﻣﯾن ﺧ ــﻼل ﯾ ــوم و ﻓ ــﻲ ﻓﺗـ ـرة زﻣ ــن ﻣﻌ ــﯾن اﻟ ــﻰ ﻣﻛﺗ ــب ﻣﺑﯾﻌ ــﺎت ﺗ ــذاﻛر اﻟﺳ ــﻔر و ﻛ ــﺎن اﻟﻣﺗوﺳ ــط اﻟﺣﺳ ــﺎﺑﻲ ﻫ ــو ٢٠و اﻧﺣ ارﻓـ ـﻪ اﻟﻣﻌﯾ ــﺎري ﻫ ــو ٢أﺳ ــﺗﺧدم ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﻲ اﯾﺟﺎد اﻟﺣد اﻷدﻧﻰ ﻟﻼﺣﺗﻣﺎل )٠ P(16 X 24 اﻟﺣــل: ﻣن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﺈن :
1 k2
P( k X k) 1
وﺑﻣﺎ أن 20 2ﻓﺄن k 24, k 16 1 3 ٠ P(16 X 24) 1 وﻋﻠﯾﻪ ﻓﺄن k 2أذن : 4 4 ﻣﺛﺎل ) (٥ 4
إذا ﻛﺎن Xﻣﺗﻐﯾ ار ﻋﺷواﺋﯾﺎ ﻟﻪ وﺳط ﺣﺳﺎﺑﻲ 8وﺗﺑﺎﯾن 2 9وﻏﯾر ﻣﻌروف اﻟﺗوزﯾﻊ أوﺟد:
أ( اﻟﺣد اﻷدﻧﻰ ﻟﻼﺣﺗﻣﺎل )٠ P(4 X 20
ب( )٠ P( X 8 6 اﻟﺣــل: ا -ﻣن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﺈن : 1 P( k X k) 1 k2 k 4, k 20. وﺑﺣل اﻟﻣﻌﺎدﻟﺗﯾن ﻓﺈن ٠ k 4 أي أن :
1 15 . 16 16 ب -ﻣن ﻣﺗﺑﺎﻧﯾﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﺈن : 1 P X 8 k k2
P(4 X 20) 1
وﻋﻠﻰ ذﻟك :
ﺑوﺿﻊ k 2ﻓﺄن
1 k2
P X 8 3k
1 P X 8 6 . 4 ﻣﺛﺎل )(٦
1 إذا ﻛﺎن Xﻣﺗﻐﯾ ار ﻋﺷواﺋﯾﺎ ﻟﻪ ﻣﺗوﺳط ﺣﺳﺎﺑﻲ 0وﺗﺑﺎﯾن 4 ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﻲ أﯾﺟﺎد اﻻﺣﺗﻣﺎل ٠ P( X 1) : اﻟﺣــل: ﻣن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﺈن :
k 1 2 k2
P X 0
5
2 أﺳﺗﺧدم ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ
وﺑوﺿﻊ k 2ﻓﺄن:
1 P X 0 1 . 4 ﻣﺛﺎل )(٧
1 1 وأﻧﺣراف ﻣﻌﯾﺎري إذا ﻛﺎن Xﻣﺗﻐﯾ ار ﻋﺷواﺋﯾﺎ ﻟﻪ ﻣﺗوﺳط ﺣﺳﺎﺑﻲ 2 44 ﺑﺎﺳﺗﺧدام ﻣﺗﺑﺎﻧﯾﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف : 1 2 .P( X ) 2 44
أوﺟد
اﻟﺣــل:
1 k 1 1 . 2 44 k2
P X
وﻫذا ﯾﻌﻧﻰ أن k 2وﻋﻠﻰ ذﻟك : 1 2 1 3 P X 1 . 2 4 4 44 ﻣﺛﺎل ) ( ٨ إذا ﻛﺎن ﻋدد اﻟوﺣدات اﻟﻣﻧﺗﺟﺔ ﺧﻼل اﺳﺑوع ﻓﻲ ﻣﺻﻧﻊ ﺗﻣﺛل ﻣﺗﻐﯾر ﻋﺷواﺋﻲ ﻣﺗوﺳط اﻟﺣﺳﺎﺑﻲ 50وﺗﺑﺎﯾﻧﻪ 2 25أوﺟد اﻟﺣد اﻷدﻧﻰ ﻟﻼﺣﺗﻣﺎل )٠ P(40 X 60 اﻟﺣــل: ﺑﺎﺳﺗﺧدام ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻓﺈن : 1 P( k X k) 1 k2
ﺑوﺿﻊ :
k 60
,
k 40
وﻫذا ﯾﻌﻧﻲ أن k 2
1 3 . 4 4
P(40 X 60) 1
ﻣﺛﺎل )(٩ 6
إذا ﻛــﺎن اطـ ـوال ط ــﻼب اﻟﺟﺎﻣﻌ ــﺔ ﯾﺗﺑ ــﻊ اﻟﺗوزﯾ ــﻊ اﻟطﺑﯾﻌ ــﻲ ﺑﻣﺗوﺳ ــط
170واﻧﺣـ ـراف ﻣﻌﯾ ــﺎري 8
اﺳ ــﺗﺧدم ﻣﺗﺑﺎﯾﻧ ــﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷ ــف ﻻﯾﺟ ــﺎد اﻹﺣﺗﻣ ــﺎل P X 170 12وﻗﺎرﻧ ــﺔ ﺑﺎﻻﺣﺗﻣ ــﺎل اﻟﺣﻘﯾﻘ ــﻲ ﻣ ــن ﺟدول اﻟﺗوزﯾﻊ اﻟطﺑﯾﻌﻲ٠
اﻟﺣــل: ﻣن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷﯾف ﻧﻌﻠم أن:
1 k2
وﻋﻠﻰ ذﻟك k 1.5وﻣﻧﻪ:
P X 170 k
1 0.44. 2.25
1
(1.5)2
P X 170 12
اﻟﻘﯾﻣﺔ اﻟﻣﺿﺑوطﺔ ﻟﻬذا اﻹﺣﺗﻣﺎل ﯾﻣﻛن ﺣﺳﺎﺑﻬﺎ ﻣن ﺟدول اﻟﺗوزﯾﻊ اﻟطﺑﯾﻌﻲ واﻟﺗﻲ ﺗﻘﺎﺑل :
P(158 X 182) P(1.5 Z 1.5) 2(0.4332) 0.866. واﺿﺢ أن ﻫﻧﺎك ﻓرﻗﺎ ﻛﺑﯾ ار ﺑﯾن اﻟﻘﯾﻣﺔ اﻟﺗﻘرﯾﺑﯾﺔ واﻟﻘﯾﻣﺔ اﻟﻣﺿﺑوطﺔ . ﻣﺛﺎل )(١٠ إذا ﻛﺎن
X
ﻣﺗﻐﯾر ﻋﺷواﺋﯾﺎً ﻟﻪ داﻟﺔ ﻛﺛﺎﻓﺔ اﻹﺣﺗﻣﺎل ًا
)12x 2 (1 x f (x) 0 , e.w.
0 x 1
ٕواذا ﻛﺎن E(X) 0.6, 2 0.04, 0.2 أوﺟد P X E(X) 0.4وﻗﺎرﻧﻬﺎ ﺑﺎﻹﺣﺗﻣﺎل اﻟﻣﺿﺑوط٠ اﻟﺣــل:
1 4
1 (2)2
P X 0.6 0.4
ﺣﯾث k 2
اﻹﺣﺗﻣﺎل اﻟﻣﺿﺑوط ﯾﺣﺳب ﻛﺎﻟﺗﺎﻟﻲ:
7
P X 0.6 0.4, P(X 0.6)0.4 P(X 0.6)0.4 ) P(X 1) P(X 0.2)0 P(X0.2 0.2 0.2 x3 x 4 12 x 2 (1 x)dx 12 3 4 0 0 ﻣﺛﺎل ) (١١ إذا ﻛـﺎن Xﯾﺄﺧـذ اﻟﻘـﯾم -1,0,1ﺑﺈﺣﺗﻣـﺎﻻت 1/8 1 1 0, 2 أوﺟد اﻻﺣﺗﻣﺎل ﺑﺈﺳﺗﺧدام ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷﯾف٠ P X : 2 4 ,6/8,
1/8ﻋﻠـﻰ اﻟﺗـواﻟﻲ وﻋﻠـﻰ ذﻟـك
اﻟﺣــل: ﻣن ﻣﺗﺑﺎﯾﻧﺔ ﺗﺷﯾﺑﺷف ﻧﺟد أن
1 k2 1 وﻋﻠﻰ ذﻟك اﻹﺣﺗﻣﺎل 2
P X k 1
P X ﯾﻛﺗب ﻛﺎﻟﺗﺎﻟﻲ:
أي أن k 1وﻋﻠﻰ ذﻟك:
1 ) (P X 0 2 4 1 1 1 11 0 2 1
8
PX